DE2259286B2 - FOUR-STROKE PISTON COMBUSTION MACHINE - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, bei welcher jedem Zylinder eine Haupibrennkummer zugeordnet ist. in die ein verhältnismäßig mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch eingeführt wird, und eine Hilfsbrennkammer zugeordnet ist, in die ein verhältnismäßig fettes Gemisch eingeführt wird, wobei die Hauptbrennkammer teilweise durch den zugeordneten Arbeitskolben begrenzt ist und über eine Fackeldüsenöffnung von bestimmter Querschnittsfläche in Verbindung mit der Hilfsbrennkammer stoht, mit einer Einlaß- und einer Auslaßventileinrichtung für die Hauptbrennkammer, einer Hilfseinlaßventileinrichtung für die Hilfsbrennkammer und einer Einrichtung zur Zündung des Gemisches in der Hilfsbrennkammer. deren Volumen ein bestimmter kleiner Anteil des vereinigten Volumens der vom im oberen Totpunkt stehenden Arbeitskolben begrenzten Hauptbrennkammer und der Hilfsbrennkammer ist.The invention relates to a four-stroke reciprocating internal combustion engine with spark ignition, in which each cylinder has a main combustion number assigned. into which a relatively lean fuel-air mixture is introduced, and one Auxiliary combustion chamber is assigned, into which a relatively rich mixture is introduced, the Main combustion chamber is partially limited by the associated working piston and via a torch nozzle opening of a certain cross-sectional area in connection with the auxiliary combustion chamber, with an inlet and an outlet valve device for the main combustion chamber, an auxiliary inlet valve device for the Auxiliary combustion chamber and a device for igniting the mixture in the auxiliary combustion chamber. whose Volume a certain small fraction of the combined volume of the one at top dead center Working piston is limited to the main combustion chamber and the auxiliary combustion chamber.
Eine derartige Maschine ist z. B. durch die DT-AS 11 71 670 bekannt.Such a machine is e.g. B. known from DT-AS 11 71 670.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Abgasemissionen von NO,, HC und CO einer derartigen Maschine bei optimaler Kraftstoffausnutzung zu verringern.It is the object of the invention to reduce the exhaust emissions of NO ,, HC and CO of such a machine to reduce optimal fuel economy.
Diese Aufgabe wird für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anteil zwischen 5 und 12% beträgt und daß die Querschnittsfläche der Fackeldüsenöffnung zwischen 0,04 und 0,20 cm2 — vorzugsweise zwischen 0,04 und 0,16 cm2 — pro cm3 der Hilfsbrennkammer beträgt.This object is achieved according to the invention for an internal combustion engine of the type mentioned in that the proportion is between 5 and 12% and that the cross-sectional area of the torch nozzle opening is between 0.04 and 0.20 cm 2 - preferably between 0.04 and 0.16 cm 2 - per cm 3 of the auxiliary combustion chamber.
Es hat sich gezeigt, daß bei einer Brennkraftmaschine mit Hauptbrennkammer und Hilfsbrennkammer die vorstehend aufgezeigten Forderungen insgesamt erfülk werden können, wenn in der Hauptbrennkammer nahe der Fackeldüsenöffnung am Ende des Kompressionshubes, d.h. im Moment der Zündung, eine sogenannte »Gemischwolke« mäßiger Anreicherung erzeugt wird. Durch diese Gcmischwolke, die sich dann zwischen dem angereicherten Gemisch in der Hilfsbrennkammer und dem abgemagerten Gemisch im übrigen Teil der Hauptbrennkammer befindet, erfolgt bei einem gegenüber dem stöchiomelrischcn Verhältnis mageren Gesamt-Kraftstoff-Luftverhältnis, das zu einer Verringerung von CO in den Abgasen führt, eine allmähliche Vprhrennnne des Gemisches in der HauptbrennkamrnerIt has been shown that in an internal combustion engine with a main combustion chamber and auxiliary combustion chamber The requirements outlined above can be met if in the main combustion chamber close the flare nozzle opening at the end of the compression stroke, i.e. at the moment of ignition, a so-called "Mixture cloud" of moderate enrichment is generated. Through this Gcmischwolke, which is then between the enriched mixture in the auxiliary combustion chamber and the lean mixture in the remaining part of the Main combustion chamber is located, takes place at a compared to the stoichiomelic ratio lean Overall air-fuel ratio, which leads to a reduction in CO in the exhaust gases, a gradual one Pre-production of the mixture in the main combustion chamber
40 w ährend praktisch des gesamten Leistungshubes, so daß dadurch eine niedrige Spitzentemperatur erzielt wird, was insbesondere zu einer Verringerung der Anteile NO, und HC in den Abgasen führt. 40 during practically the entire power stroke, so that a low peak temperature is achieved, which in particular leads to a reduction in the proportions of NO and HC in the exhaust gases.
Um nun eine derartige »Gemischwolke« erzeugen zu können, sind gemäß einer der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis zwei Forderungen zu erfüllen, nämlich einerseits eine geeignete Bemessung der an der Erzeugung der Gemischwolke beteiligten Elemente, andererseits eine solche Anordnung dieser Elemente, daß während und am Ende des Kompressionshubes die Turbulenz in der Hauptbrennkammer minimal ist. um die Ausbildung der genannten Gemischwolke überhaupt zu ermöglichen. Diesen Forderungen wird eine nach der Erfindung ausgebildete Brennkraftmaschine gerecht.In order to be able to generate such a “mixture cloud”, one of the invention is based lying knowledge to meet two requirements, namely on the one hand a suitable dimensioning of the Generation of the mixture cloud involved elements, on the other hand such an arrangement of these elements, that during and at the end of the compression stroke the turbulence in the main combustion chamber is minimal. around to enable the formation of the said mixture cloud at all. One of these demands will be internal combustion engine designed according to the invention just.
Es sind zwar im Zusammenhang mit Brennkraftmaschinen der hier betrachteten Art auch schon Größen Verhältnisse für die Brennkammern und die Fackeldüsenöffnung angegeben worden (US-PS J2 30 939. DT-AS 12 28 849*! US-PS 21 84 357, US-PS 35 43 7ib. US-PS 28 84913). Jedoch sind diese Werte nicht geeignet, die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile zu erreichen. Die nach der Erfindung vorgesehenen Verhältnisse ergaben sich erst auf Grund der vorstehend erläuterten Überlegungen.It is true that they are already in connection with internal combustion engines of the type under consideration here Size ratios for the combustion chambers and the torch nozzle opening have been specified (US-PS J2 30 939. DT-AS 12 28 849 *! U.S. Patent No. 2,184,357; U.S. Patent No. 35 43 7ib. U.S. Patent 2,884,913). However, these are values not suitable for achieving the advantages that can be achieved with the invention. According to the invention The intended conditions only emerged on the basis of the considerations explained above.
Vorzugsweise wird die Querschnittsfläche der Fackeldüse über mindestens einen Teil ihrer Länge im wesentlichen konstant gehalten.Preferably, the cross-sectional area of the torch nozzle is over at least part of its length in kept essentially constant.
Die Einlaß- und Auslaßvcmilcinrichiung für die Hauptbrennkammer kann aus einem einzigen Einlaßventil und einem einzigen Auslaßventil bestehen.The inlet and outlet fluid for the The main combustion chamber can consist of a single inlet valve and a single outlet valve.
Die Gemisch/ufuhreinrichtung besteht vorzugsweise aus einem ersten Vergaser, welcher zur Zuführung eines Gemisches zur Hilfsbrennkammer dient, sowie aus einem zweiten Vergaser, welcher zur Zutuhr eines Gemischs zur Hauptbrennkammer dient. Ferner weist der erste wie auch der zweite Vergaser zweckmäßig eine Drosselklappe auf, wobei eine Einrichtung zur gleichzeitigen Bewegung beider Drosselklappen und zur Koordination der Bewegung der Drosselklappen in solcher Weise vorgesehen ist, daß sie sich zwischen Leerlauf- und Vollaststcllung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten derart bewegen, daß das gesamte Luft-Kraftstoff-Gemisch im Leerlauf fetter als bei Vollast ist. Vorzugsweise umfaßt die Einrichtung einen Nocken und ein Nockenfolgeclcment.The mixture / ufuhreineinrichtung consists preferably of a first carburetor, which for the supply of a Mixture is used for the auxiliary combustion chamber, as well as from a second carburetor, which is used to supply a Mixture to the main combustion chamber is used. Furthermore, the first as well as the second carburetor expediently a throttle valve, a device for simultaneous movement of both throttle valves and is provided to coordinate the movement of the throttle valves in such a way that they are between Idle and Vollaststcllung move at different speeds so that the entire The air-fuel mixture is richer at idle than at full load. Preferably the device comprises one Cams and a cam follower clause.
Die Hilfsbrennkammer ist zweckmäßig innerhalb eines Hohlraums ausgebildet und weist einen dünnwandigen, metallischen Napf geringer Wärmekapazität auf. welcher innerhalb des Hohlraums, aber im Abstand zu den Wänden desselben angeordnet ist, und welcher eine Öffnung aufweist, die mit der Fackeldüse in Verbindung steht. Der Napf kann aus wärmefestem Material, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl mit einer Stärke von etwa 2 mm bestehen. Der Napf ist zweckmäßig mit einem endseitigen Flansch versehen, durch welchen er an den Wanden des Hohlraums befestigt wird.The auxiliary combustion chamber is expediently formed within a cavity and has a thin-walled, metallic bowl of low heat capacity. which is inside the cavity but at a distance from it the walls thereof, and which has an opening which communicates with the torch nozzle stands. The cup can be made of heat-resistant material, preferably stainless steel with a thickness of consist of about 2 mm. The cup is expediently provided with an end flange through which it attached to the walls of the cavity.
Die Hillsbrcnnkammer weist zweckmäßig eine erste Öffnung auf, die mit der Fackeldüsc in Verbindung steht, sowie eine zweite Öffnung, die mit der Zündeinrichtung verbunden ist. Um ein unmittelbares Abfangen des brennbaren Gemisches /wischen dem Venlilei'nlaß und der Hilfsbrennkammer zu vermeiden, ist die /weite Öffnung außer Flüchtling gegenüber der ersten öffnung und der Fackcldüse angeordnet. Die Zündeinrichtung besteht vorzugsweise ;uis einer Zündkerze, deren Elektroden derart angeordnet sind, daß ein unmiticlba-The hill chamber expediently has a first opening which is connected to the torch nozzle, and a second opening connected to the igniter connected is. In order to intercept the combustible mixture immediately / wipe the valve inlet and to avoid the auxiliary combustion chamber is the / wide Opening except refugee opposite the first opening and the torch nozzle. The ignition device preferably consists of a spark plug whose Electrodes are arranged in such a way that an unmiticlba-
res Abfangen des in die Hilfsbrennkammcr eingeführten brennbaren Gemisches vermieden wird.res interception of the introduced into the auxiliary combustion chamber combustible mixture is avoided.
Zweckmäßig verläuft die Achse der Fackeldüse nahe der Achse des Kolbens oder berührt diese an oder unter der Oberseite des Kolbens in dessen oberen Totpunkt.The axis of the torch nozzle expediently runs close to the axis of the piston or touches it on or below it the top of the piston in its top dead center.
Die Hauptverbrennungskammer ist vorteilhaft mit unsymmetrischem Querschnitt ausgebildet, wobei ihre maximale Höhe in einem Bereich an jener Seite der Achse des Zylinders liegt, die der Fackeldüse zugewandt ist.The main combustion chamber is advantageously designed with an asymmetrical cross section, with their maximum height lies in an area on that side of the axis of the cylinder that faces the torch nozzle is.
Vorteilhaft ist die Anordnung derart ausgebildet, daß das dem Ventileinlaß zur Hilfsbrennkammer zugeführie brennbare Gemisch in Wärmeaustausch mit den Abgasen steht. Die Maschine weist vorzugsweise Einlaß- und Auslaßleitungen auf, die mit der Hauptbrennkammer in Verbindung stehen, mit einer Einlaßleitung, die in Verbindung mit der Hilfsbrennkammer steht, und einer ersten dünnwandigen metallischen Leitung zur Zuführung eines brennbaren Gemisches zur Einlaßleitung der Hilfsbrennkammer, mit einer zweiten dünnwandigen metallischen Leitung zur Aufnahme von Abgasen von der Auslaßleitung, wobei mindestens ein Teil der dünnwandigen, metallischen Leitungen miteinander im gegenseitigen Warmetausch steht, so daß das brennbare Gemisch in der ersten Leitung durch die Abgase in der zweiten Leitung erwärmt wird, und mit einem umgebenden Gehäuse mit verhältnismäßig starken Wänden, welche die Leitungen umgeben.The arrangement is advantageously designed in such a way that it is fed to the valve inlet to the auxiliary combustion chamber Combustible mixture is in heat exchange with the exhaust gases. The machine preferably has Inlet and outlet lines, which are in communication with the main combustion chamber, with an inlet line, which is in communication with the auxiliary combustion chamber, and a first thin-walled metallic one Line for supplying a combustible mixture to the inlet line of the auxiliary combustion chamber, with a second thin-walled metallic conduit for receiving exhaust gases from the outlet conduit, at least one Part of the thin-walled, metallic lines are in mutual heat exchange with one another, so that the combustible mixture in the first line is heated by the exhaust gases in the second line, and with a surrounding housing with relatively thick walls surrounding the lines.
Eine erfindungsgemäßc Vienakt-Vcrbrcnnungskrafimaschine wird anschließend als Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben; es zeigtA Vienakt combustion engine according to the invention will then be described as an exemplary embodiment in conjunction with the drawing; it shows
F i g. 1 eine teilweise im Querschnitt dargestellte Seitenansicht eines Teils der Maschine, wobei der Aufbau und die Anordnung der Brennkammern schematisch dargestellt sind.F i g. 1 is a partially cross-sectional side view of part of the machine, the The structure and arrangement of the combustion chambers are shown schematically.
Fig. 2. 3 und 4 Einzclqucrschnittc längs der Linien 2 - 2. 3 - 3 und 4 - 4 der F ig. 1.2. 3 and 4 individual cross-sections along the lines 2 - 2. 3 - 3 and 4 - 4 of fig. 1.
F i g. 5 einen Querschnitt in größerer Darstellung, welcher den idtsächlichen Aufbau und die Anordnung der Brennkammern angibt.F i g. Fig. 5 is a larger-scale cross-section showing the actual structure and arrangement of the combustion chambers.
Fig. 6 einen Teil der Fig. 5 in vergrößerter Darstellung.6 shows a part of FIG. 5 in an enlarged illustration.
F i g. 7 eine Seitenansicht, welche einen Abschnitt eines der in F i g. 1 gezeigten Teils der Maschine in vergrößerter Darstellung wiedergibt undF i g. 7 is a side view showing a portion one of the in FIG. 1 reproduces part of the machine shown in an enlarged view and
F i g. 8 eine graphische Darstellung, welche die folgenden Vorgänge beim Verbrennungsprozeß zeigt.F i g. Fig. 8 is a graph showing the following operations in the combustion process.
Die in der Zeichnung dargestellte Brennkraftmaschine besitzt einen Kolben 1, der eine bewegliche Wand der Hauptverbrennungskammer 2 bildet. Eine Fackeldüse 3 erstreckt sich zwischen der Hauptverbrennungskammer 2 und einer Hilfsverbrennungskammer 5. welch letztere mit einer Zündkerze 4 versehen ist. Der Einlaßkanal 6 zur Hauptkammer 2 wird durch ein Einlaßventil 9 gesteuert, während ein Einlaßkanal 7 zur Hilfskammer 5 durch ein Einlaßventil 10 gesteuert wird. Der Auslaßkanal 8 aus der Hauptverbrennungskammer 2 wird durch ein Auslaßventil 11 gesteuert. Die drei Ventile 9. 10 und 11 sind im Zylinderkopf angeordnet und werden durch herkömmliche Mittel, zu denen eine Nockenwelle 20 gehört, gesteuert.The internal combustion engine shown in the drawing has a piston 1 which is movable Wall of the main combustion chamber 2 forms. A torch nozzle 3 extends between the main combustion chamber 2 and an auxiliary combustion chamber 5, the latter being provided with a spark plug 4. Of the Inlet channel 6 to the main chamber 2 is controlled by an inlet valve 9, while an inlet channel 7 to Auxiliary chamber 5 is controlled by an inlet valve 10. The outlet duct 8 from the main combustion chamber 2 is controlled by an outlet valve 11. The three valves 9, 10 and 11 are arranged in the cylinder head and are controlled by conventional means including a camshaft 20.
Die durch den Luftreiniger 13 eintretende Luft wird mit Kraftstoff im Hauptvergaser 14 und im Hilfsvcrgaser 15 gemischt, und die auf diese Weise erhaltenen brennbaren Gemische nehmen ihren Weg durch die Haupteinlaßleitung 16 bzw. die Hilfseinlaßleitung 17. Der Vergaser 15 liefert an die Einlaßleitung 17 ein verhältnismäßig fettes Gemisch. Die Zündkerze 4The air entering through the air cleaner 13 is fueled in the main carburetor 14 and the auxiliary carburetor 15 mixed, and the combustible mixtures obtained in this way make their way through the Main inlet line 16 or the auxiliary inlet line 17. The carburetor 15 supplies a supply to the inlet line 17 relatively rich mixture. The spark plug 4
zündet das verhältnismäßig fette Gemisch in der Hilfskammer 5 und bewirkt das Hindurchtreten einer Flamme durch die Fackeldüse 3, um das verhältnismäßig magere Gemisch in der Hauptkammer 2 zu entzünden. Die Auspuffgase aus der Hauptkammer 2 nehmen ihren Weg durch den Auslaßkanal 8 und die Auslaßleitung 18 und dienen dazu, das fette brennbare Gemisch in der Leitung 17 zu erwärmen, um ein Kondensieren von Kraftstoff an den Wänden des Kanals 7 und der Hilfskammer 5 zu vermeiden. Die Auspuffgase aus der Auspuffleitung 18 gelangen über eine Leitung 19 in den Auspuffstutzen 21.ignites the relatively rich mixture in the auxiliary chamber 5 and causes the passage of a Flame through the torch nozzle 3 to ignite the relatively lean mixture in the main chamber 2. The exhaust gases from the main chamber 2 make their way through the outlet channel 8 and the outlet line 18 and serve to heat the rich combustible mixture in line 17 in order to condense Avoid fuel on the walls of the channel 7 and the auxiliary chamber 5. The exhaust gases from the Exhaust line 18 pass into the exhaust connection 21 via a line 19.
Die die Hauptverbrennungskammer 2 bildenden Teile, die Fackeldüse 3 und die Hilfsverbrennungskammer 5 sind in F i g. . schematisch dargestellt, während die eigentliche bevorzugte Ausführungsform dieser Teile in F i g. 5 gezeigt ist (das Haupteinlaßventil 9 ist aus F i g. 5 der übersichtlicheren Darstellung halber weggelassen).The parts forming the main combustion chamber 2, the torch nozzle 3 and the auxiliary combustion chamber 5 are shown in FIG. . shown schematically while the actual preferred embodiment these parts in FIG. 5 is shown (the main inlet valve 9 is from FIG. 5 for the sake of clarity omitted).
Der Zylinderkopf 23 ist am Zylinderblock 12 durch herkömmlicnc nicht gezeigte Mittel unter Zwischenschaltung der üblichen Dichtung 24 befestigt. Die Hauptverbrennungskammcr 2 wird innerhalb des Zylinders 25 zwischen dem Boden des Kolbens 1 und der gekrümmten Fläche 26 begrenzt, die eine Ausnehmung im Zylinderkopf 23 bildet, welche dem Kolbenboden gegenüberliegt. Teile dieser Hauptverbrennungskammer 2 werden durch die Teller des Einlaßventils 9 und des Auslaßventils 11 gebildet. Die Ausnehmung im Zylinderkopf ist nicht symmetrisch, hat jedoch die größte Tiefe im Bereich der Fackcldüse 3. Die Ausnehmung hat eine kreisförmige Begrenzung, die mit der Zylinderbohrung 25 zusammenfällt und im wesentlichen die gleiche Größe hat.The cylinder head 23 is interposed on the cylinder block 12 by conventional means not shown the usual seal 24 attached. The main combustion chamber 2 is within the Cylinder 25 bounded between the bottom of the piston 1 and the curved surface 26, which has a recess forms in the cylinder head 23, which is opposite the piston head. Parts of this main combustion chamber 2 are formed by the plates of the inlet valve 9 and the outlet valve 11. The recess in the The cylinder head is not symmetrical, but has the greatest depth in the area of the torch nozzle 3. The Recess has a circular border that with of the cylinder bore 25 is coincident and is substantially the same size.
Die Hilfsverbrennungskammer 5 isi durch einen dünnwandigen Napf 29 und eine Zündker/enausnehmung 28 begrenzt. Das .Spiel 48 /wischen dem Napf 29 und den gekrümmten Wänden 27 im Zylinderkopf 23 ist so klein, daß es eine vcrnachlässigbarc Wirkung auf d;is. Volumen hat. Der Teller des Ventils 10 bildet die eine Wand der Hilfskammer 5. Der Napf wird durch einen Endflansch 30 in seiner Stellung gehalten, der zwischen wärmeisolierenden Elementen 31 und 32 eingespannt ist. Der dünnwandige Napf 29 weist eine erste Öffnung 36 auf. die sich mit der Fackeldüse 3 in Ausfluchtung befindet, und eine zweite Öffnung 34. die mit der Zündkcr/enausnchmung 28 in Verbindung steh;.The auxiliary combustion chamber 5 is formed by a thin-walled cup 29 and a spark plug recess 28 limited. The game 48 / wipe the cup 29 and the curved walls 27 in the cylinder head 23 is so small that it has a negligible effect on it. Has volume. The plate of the valve 10 forms one Wall of the auxiliary chamber 5. The cup is held in place by an end flange 30 which is between heat insulating elements 31 and 32 is clamped. The thin-walled cup 29 has a first opening 36 on. which is in alignment with the torch nozzle 3, and a second opening 34. which is with the Ignition plug clearance 28 related.
Ein Teil des in die Hilfsverbrennungskammer 5 durch den Vergaser 15 eingeleiteten fetten Gemisches tritt in die Hauptverbrennungskammer dadurch ein. daß es durch die Fackeldüse 3 hindurchtritt und in dem mageren Gemisch der Hauptverbrennungskammer 2 dispergiert wird. Der Dispersionsgrad hängt hauptsächlich von der Geschwindigkeit des durch die Fackeldüse 3 hindurchtretenden fetten Gemisches ab. Das dispergier· te Gemisch in der Nähe der Fackeldüse strömt in die Hilfsverbrennungskammer 5 während des Verdich tungshubes des Kolbens 1 zurück. Es wurde festgestellt daß eine richtige Menge dieses Gemisches, das in dei Nähe der Fackeldüse am Ende des Verdichtungshube: bleibt und magerer als das Gemisch in dc-r Hilfsverbren nungskammer 5, jedoch fetter als das Cemisch in de Hauptverbrennungskammer 2 ist. eine wichtige Wir kung hat.Part of the rich mixture introduced into the auxiliary combustion chamber 5 through the carburetor 15 enters the main combustion chamber thereby. that it passes through the torch nozzle 3 and in which lean mixture of the main combustion chamber 2 is dispersed. The degree of dispersion mainly depends on the speed of the rich mixture passing through the torch nozzle 3. The dispersing te mixture in the vicinity of the torch nozzle flows into the auxiliary combustion chamber 5 during the compression processing stroke of the piston 1 back. It has been found that a correct amount of this mixture, which is present in the Near the torch nozzle at the end of the compression stroke: remains and leaner than the mixture in the auxiliary combustion tion chamber 5, but fatter than the Cemisch in de Main combustion chamber 2 is. has an important effect.
Dieser Teil des Gemisches wird bei bestimmte: Luftströmungsgeschwindigkeiten in die Haupt- uni Hilfsverbrennungskammer als »Gemischwolkc« bc zeichnet, und die Menge und das Gemischverhältnis deThis part of the mixture is given at certain: Air flow velocities in the main uni Auxiliary combustion chamber is marked as "Mixture Cloud" bc, and the amount and mixture ratio de
Gemischwolke wird durch A (wie nachstehend definiert), das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in dem der Hilfsverbrennungskammer (a.J, das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in dem der Hauptverbrennungskammer zugeführten Gemisch ((Xm), das Hilfskammervolumcn (Vx) und den Fackeldüsenquerschnitt (FJ bestimmt. Von diesen Faktoren werden die Faktoren Vx und F1 durch die Bauform des Motors bestimmt, während A. ix., und λ,,, durch die Steuerung der Vergaser bestimmt werden.Mixture cloud is represented by A (as defined below), the air-fuel ratio in that of the auxiliary combustion chamber (aJ, the air-fuel ratio in the mixture supplied to the main combustion chamber ((Xm), the auxiliary chamber volume (V x ) and the flare nozzle area ( FJ . Of these factors, the factors V x and F 1 are determined by the design of the engine, while A. ix., And λ ,,, are determined by the control of the carburetors.
Das Volumen der Hilfsverbrennungskammer 5 gegenüber dem Volumen der Hauptvcrbrennungskammer (gemessen, wenn sich der Kolben 1 am oberen Totpunkt befindet) ist wesentlich. Wenn das Volumen der Hilfsverbrennungskammer 5 im Vergleich zum Volumen der Hauptverbrennungskammer 2 zu groß ist. kann eine wirksame Verbrennung des mageren Gemisches in der Hauptverbrennungskammer nicht erwartet werden, da die Menge der Gcmischwolke. die am Ende des Verdichtungshubes gebildet worden ist. klein ist. Wenn andererseits die Hilfsverbrennungskammer 5 mit Bezug auf das Volumen der Hauptverbrennungskammer 2 zu klein ist. wird die Flammcnenergic durch die Fackcldüsc 3 so gering, daß das magere Gemisch innerhalb der Hauptverbrennungskammer 2 nicht vollständig verbrennt. Ils wurde festgestellt, daß das Volumen der Hilfskammer 5 zwischen 5% und 12% des gemeinsamen Gesamtvolumens tier Hilfskammer 5 und der Hauptkammer 2 bei im oberen Totpunkt befindlichem Kolben, wie in der Zeichnung gezeigt, betragen soll.The volume of the auxiliary combustion chamber 5 versus the volume of the main combustion chamber (measured when the piston 1 is at top dead center) is essential. When the volume the auxiliary combustion chamber 5 is too large compared to the volume of the main combustion chamber 2. cannot effectively burn the lean mixture in the main combustion chamber can be expected because the amount of Gcmischwolke. which has been formed at the end of the compression stroke. is small. On the other hand, if the auxiliary combustion chamber 5 with respect to the volume of the main combustion chamber 2 is too small. the flame energy through the torch nozzle 3 becomes so low that the lean Mixture within the main combustion chamber 2 does not burn completely. Ils was found to be the volume of the auxiliary chamber 5 between 5% and 12% of the common total volume of the auxiliary chamber 5 and the main chamber 2 with the piston at top dead center, as shown in the drawing, should be.
Ferner wird, wenn die Fackeldiise 3. welche die Hilfsverbrennungskammer 5 und die Hauplverbrennungskammer 2 miteinander verbindet, eine zu große Qucrschnittsflächc hat. die Strömung'geschwindigkeit des durch die I nckeklüsc hindurchtretenden Gemisches verringert, so daß der Grad der Gemischdispersion kleiner wird, und obwohl die Gemisehwolke reiati\ felter wird, ist ihre Menge zu gering. F.s kann daher eine wirksame Verbrennung des mageren Gemisches in der Hauptverbrennungskammer nicht erwartet weiden. Andererseits ist. wenn die Fackeldüse 3 eine zu kleine Querschnittsfläehe hat. die Blas- bzw. Strömungsgeschwindigkeit des durch die Fackeldiise hindurchtretenden Gemisches so groß, daß der Dispersionsgrad tics Gemisches extensiv wird und die Bildung einer wünschenswerten Gcmischwolke nicht erhalten wird. Fs wurde festgestellt, daß beste Ergebnisse erzielt werden, wenn die Querschnittsfläehe der Fackeldüsc 3 zwischen 0.04 cm- und 0.1b cm2 je cm! Volumen der Hilfsverbrennungskammer beträgt.Further, if the torch nozzle 3, which connects the auxiliary combustion chamber 5 and the main combustion chamber 2, becomes too large in cross-sectional area. the flow velocity of the mixture passing through the corner is reduced, so that the degree of mixture dispersion becomes smaller, and although the cloud of vegetables becomes more refined, its amount is too small. Therefore, Fs cannot expect efficient combustion of the lean mixture in the main combustion chamber. On the other hand is. if the torch nozzle 3 has too small a cross-sectional area. the blowing or flow rate of the mixture passing through the torch nozzle is so great that the degree of dispersion of the mixture becomes extensive and the formation of a desirable mixed cloud is not obtained. It was found that the best results are achieved when the cross-sectional area of the torch nozzle 3 is between 0.04 cm and 0.1 cm 2 per cm ! Volume of the auxiliary combustion chamber is.
Eine vollständige Verbrennung des mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Hauptverbrcnnungskammer 2 ist notwendig, um HC und CO in den Auspuffgasen so gering wie möglich zu halten, und dieses Merkmal der vollständigen Verbrennung wird durch die richtige Anordnung der Achse 35 der Fackeldüse 3 begünstigt. Es wurde festgestellt, daß sich gute Ergebnisse erzielen lassen, wenn die Achse 35 durch die Mitte der Kolbcnoberscite oder unmittelbar unterhalb dieser hindurchtrilt. wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt befindet.Complete combustion of the lean fuel-air mixture in the main combustion chamber 2 is necessary to convert HC and CO into the Keep exhaust gases as low as possible, and this will feature full combustion favored by the correct arrangement of the axis 35 of the torch nozzle 3. It was found that can achieve good results when the axis 35 through the center of the Kolbcnoberscite or directly Trilts underneath this. when the piston is at top dead center.
Das VerhältnisThe relationship
Masse der in die Hilfskammer eingeleiteten Luft Masse der in dicHauptkammcr eingeleiteten LuftMass of the air introduced into the auxiliary chamber Mass of the air introduced into the main chamber
wird durch die Vergaser 15 und 14 geregell, die miteinander in einer Weise gekoppelt sind, daß der gewünschte Wert für A für jeden Betriebszustand vom Leerlauf bis zur Vollgasbelastung des Motors erzeugt wird. Dieses Verhältnis verändert sich von der Lecrlaufstellung bis zur Vollgasstellung beträchtlich. Wie in F i g. 7 gezeigt, ist der Vergaser 15 mit einer Drosselklappe 39 versehen, die durch einen Arm 40 betätigbar ist. In ähnlicher Weise ist der Vergaser 14 mit einer Drosselklappe 41 versehen, die durch einen Arm 42 mittels eines Seils 43 betätigbar ist. Der Arm 42 ist mit einer Kurvenfläche 44 ausgebildet, gegen welche eine Kurvenfolgerolle 45 anliegt, die am Arm 40 gelagert ist. Eine Feder 46 hält die Rolle 45 in Kontakt mit der Kurvenfläche 44. Das Verhältnis des Öffnungsgrades der Hilfsdrosselklappe 39 im Vergleich zum Öffnungsgrad der Hauptdrosselklappc 41 wird durch die Gestaltung der Fläche des Kurvenelements 44 bestimmt. Die Winkelbewegungen der Hauptdrosselklappe 41 und der Hilfsdrosselklappe 39 während der anfänglichen Öffnungsstufen der Drosselklappen sind ähnlich. Wenn jcioch der Öffnungsgrad der Hauptdrosselklappc 41 zunimmt, verringert sich die Zunahmegeschwindigkeit des Öffnungsgrades der Hilfsdrcsselklappe 39 gegenüber dem Öffnungsgrad der Hauptdrosselklappc is regulated by the carburetors 15 and 14, the are coupled to one another in such a way that the desired value for A for each operating state from Idling is generated up to full throttle load of the engine. This relationship changes from the Leak position up to full throttle position considerably. As in Fig. 7, the carburetor 15 is shown with a Throttle valve 39 is provided, which can be actuated by an arm 40. Similarly, the carburetor 14 is with a throttle valve 41 which can be actuated by an arm 42 by means of a cable 43. The arm 42 is formed with a cam surface 44, against which a cam follower roller 45 rests, which on the arm 40 is stored. A spring 46 keeps the roller 45 in contact with the cam surface 44. The ratio of the degree of opening of the auxiliary throttle valve 39 compared to The degree of opening of the main throttle valve 41 is determined by the shape of the surface of the cam member 44 certainly. The angular movements of the main throttle valve 41 and the auxiliary throttle valve 39 during the initial opening stages of the throttle valves are similar. If, however, the degree of opening of the main throttle valve c 41 increases, the increasing speed of the opening degree of the auxiliary throttle valve decreases 39 compared to the degree of opening of the main throttle valve c
Vor Beschreibung des Betriebs der Maschine ist es zweckmäßig, auf die Verbrennungsbedingungen einzugchen, die zu einer Verkleinerung der Abgascemissionen erforderlich sind.Before describing the operation of the machine, it is advisable to consider the combustion conditions, which are necessary to reduce exhaust emissions.
Die Herabsetzung der Entstehung von NO, auf ein Mindestmaß geschieht dadurch, daß die Spitzenverbrennungstemperatur verringert wird. Die mittlere Verbrennungstemperatur wird andererseits für eine lange Dauer so hoch wie möglich gehalten, um die Emission von HC so gering wie möglich zu halten. CO-Emissionen werden dadurch aiii einem Mindestmaß gehalten, daß überschüssiger Sauerstoff in dem brennbaren Gemisch aufrechterhalten w ird.The reduction of the formation of NO to a minimum is done by keeping the peak combustion temperature is decreased. The mean combustion temperature, on the other hand, is for a kept as high as possible for a long time in order to keep the emission of HC as low as possible. CO emissions are kept to a minimum by keeping excess oxygen in the combustible Mixture is maintained.
Hinsichtlich der Herabsetzung des Entstehens von NO, sollte die maximale Verbrcnnungstcmpcratur unter den meisten Betriebsbedingungen so geregelt werden, daß sie etwa 1200 C nicht überschreitet. Hierzu ist die maximale Verbrennungstempcraiur bei herkömmlichen Viertakt-Benzinmotoren gegenüberzustellen. die 1200 C unter Bedingungen relativ hoher Belastungen weit überschreitet.In order to reduce the formation of NO, the maximum combustion temperature should be below most operating conditions are controlled so that it does not exceed about 1200 C. This is the maximum combustion temperature with conventional Facing four-stroke gasoline engines. the 1200 C under conditions of relatively high loads far exceeds.
Was die Herabsetzung der Emission von HC auf eir Mindestmaß betrifft, so verbrennt das brennbare Gemisch benachbart den Zylinderwänden von verhak nismäßig niedriger Temperatur nicht vollständig, auch nicht, wenn ein herkömmlicher Motor unter den bester Betriebsbedingungen betrieben wird. Die Oxidation vor HC wird begünstigt, wenn die Vcrbrennungstemperatui etwa 800 C überschreitet. Die Verbrennungstempera tür erreicht bei einem herkömmlichen Viertakt-Bcnzin motor rasch einen hohen Wert nach der Zündung de: Gemisches und fällt rasch ab. wenn sich die Verbren nungsgase entspannen. Die hohe Temperatur, be welcher die Oxidation von HC aktiv stattfindet, ist dahe von sehr kurzer Dauer, so daß unverbrannte Kohlen Wasserstoffe (HC) von der Nähe der Zylinderwändi abgeleitet werden. Daher sollte, um HC-Emissioncn au ein Mindestmaß herabzusetzen, die maximale Verbren nungstemperatur im Z\linder auf einem vcrhältnismä Big hohen Wert und solange wie möglich gchaltc werden.As for the reduction in emissions from HC to eir As a minimum, the combustible mixture burns adjacent to the cylinder walls of the hook A moderately low temperature is not complete, even if a conventional engine is among the best Operating conditions is operated. The oxidation before HC is favored when the combustion temperature exceeds about 800 C. The combustion temperature reaches that of a conventional four-stroke petrol engine quickly reaches a high value after the ignition de: mixture and drops rapidly. when the burn release gases. The high temperature at which the oxidation of HC actively takes place is there of a very short duration, so that unburned coals hydrocarbons (HC) from the vicinity of the cylinder walls be derived. Therefore, in order to reduce HC emissions to a minimum, the maximum consumption should be temperature in the cylinder on a relative Big high value and gchaltc for as long as possible will.
Die CO-Emission wird auf ein Mindestmaß herabuc slmzI. wenn d.is brennbare Gemisch magerer als daThe CO emissions are reduced to a minimum slmzI. if the combustible mixture is leaner than there
stöchiometrische Kraftstoff-Lul't-Verhältnis ist. Kin solches mageres Gemisch zündet jedoch sehr schlecht, was zu einem unstabilen Motorbetrieb führt, und im Extremfall kann das in einen Zylinder eingeleitete Gemisch ohne Verbrennung abgeleitet werden. Um CO-Emissionen auf ein Mindestmaß herabzusetzen, muß daher der Verbrennungsprozeß so verbessert werden, daß der Motor in stabiler Weise mit einem sehr mageren brennbaren Gemisch betrieben werden kann.is stoichiometric fuel-Lul't ratio. Kin however, such a lean mixture ignites very poorly, resulting in unstable engine operation, and im In extreme cases, the mixture introduced into a cylinder can be diverted without combustion. Around To reduce CO emissions to a minimum, the combustion process must therefore be improved that the engine can be operated in a stable manner with a very lean combustible mixture.
Die Notwendigkeit zur Regelung der NO,-Emissionen ist am größten, wenn der Motor unter Bedingungen schwerer Belastungen betrieben wird, während die Notwendigkeit zur regelung der HC-Emissionen am größten ist, wenn der Motor im Leerlauf ist oder unter Bedingungen geringer Belastung betrieben wird.The need to control NO, emissions is greatest when the engine is under conditions heavier loads are operated, while the need to regulate HC emissions am is greatest when the engine is idling or operating under low load conditions.
Die vorerwähnten Erfordernisse hinsichtlich Zeit und Temperatur für das Erzielen geringstmöglicher Emissionen von NOv, HC und CO machen eine extrem langsame Verbrennungsgeschwindigkcit des brennbaren Kraftstoff-Luftgemisches notwendig. Ferner muß eine sehr starke Zündenergiequelle zur Verbrennung des extrem mageren brennbaren Gemisches vorgesehen werden. Außerdem muß die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit entsprechend der Belastung des Motors geregelt werden, um die gewünschte Verbrennungstemperaiur zu erzielen.The aforementioned time and temperature requirements for achieving the lowest possible emissions of NOv, HC and CO make an extremely slow one Combustion rate of the combustible fuel-air mixture necessary. Furthermore, a very strong ignition energy source must be used to burn the extreme lean combustible mixture should be provided. In addition, the flame propagation speed according to the load on the engine can be regulated to the desired combustion temperature to achieve.
Im Betrieb des Motors wird beim Ansaughub ein mageres Gemisch in die Hauptverbrcnnungskammcr aus dem Vergaser 14 über das Einlaßventil 9 angesaugt und gleichzeitig wird ein fettes Gemisch in die Hilfsverbrcnnungskanimcr 5 aus dem Vergaser 15 über das Hilfseinlaßventil 10 angesaugt. Beim Saughub wird fettes Gemisch in der Hilfsverbrennungskammer 5 in die Hauptverbrennungskanimer 2 durch die Fackeldüsc 3 gesaugt. Beim Verdichtungshub fließt mageres Gemisch aus der Hauptverbrennungskammer 2 in die Hilfsverbrennungskammer 5 in umgekehrte!- Richtung durch die Fackelduse 3. so daß das Krat'tsioff-Luft-Vcrhältnis des brennbaren Gemisches in der Kammer 5 zum Zeitpunkt der Zündung magerer isi als es vorher aus dem Vergaser 15 erhalten wurde. Andererseits besteht die Neigung, daß das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Hauptverbrennungskammer 2 /um Zeilpunkt der Verbrennung fetter als das Gemisch wird, welches von dem Hauptvergascr 14 geliefert wird. Der Grad einer solchen Veränderung im Kraftstol'f-Luft-Verhältnis in der Haupt- und in der Hilfsverbrennungskammer wird durch das Verhältnis zwischen den Mengen des mageren und des fetten Gemisches bestimmt, die in die beiden Verbrennungskammern gesaugt werden. Daher muß. wenn die Brennkraftmaschine ständig mit einem Gemisch von dem gewünschten Kraftstoff-Luft-Verhältnis betrieben werden soll, der Wert des Öffnungsverhältnisses zwischen der Haupt- und der Hilfsdrosselklappc 41 bzw. 39 verändert werden, um das Verhältnis zwischen der Gemischmenge für die Hauptverbrennungskammer und die Hilfsverbrennungskammer fur verschiedene Drosselklappenöffnungen /u verändern.When the engine is running, a lean mixture is drawn into the main combustion chamber on the intake stroke sucked from the carburetor 14 through the inlet valve 9 and at the same time a rich mixture is in the Hilfsverbrcnnungskanimcr 5 from the carburetor 15 over the auxiliary inlet valve 10 is sucked in. During the suction stroke, the rich mixture in the auxiliary combustion chamber 5 in the main combustion canisters 2 sucked through the torch nozzle 3. Lean flows during the compression stroke Mixture from the main combustion chamber 2 into the auxiliary combustion chamber 5 in the reverse direction through the torch 3. so that the Krat'tsioff-air ratio of the combustible mixture in the chamber 5 at the time of ignition is leaner than it was before the carburetor 15 was obtained. On the other hand, there is a tendency that the fuel-air mixture in the Main combustion chamber 2 / around the point of combustion becomes richer than the mixture which is produced by the main gasifier 14 is supplied. The degree of such a change in the fuel / air ratio in the main and the auxiliary combustion chamber is determined by the ratio between the quantities of lean and fat mixtures that are in the both combustion chambers are sucked. Therefore must. when the internal combustion engine is constantly with a Mixture of the desired air-fuel ratio is to be operated, the value of the opening ratio between the main and the auxiliary throttle valve c 41 and 39, respectively, can be changed to the ratio between the mixture amount for the main combustion chamber and change the auxiliary combustion chamber for different throttle valve openings / u.
Hieraus ergibt sich, daß das Öffnungsvcrhaltms zwischen der Hauptdrosselklappe 41 und der Hilfsdros selklappe 39 in ihren Teilöffnungsbereichen im wesentlichen konstant gehalten werden kann, um das Gemisch in der Hilfsverbrennungskammer 5 verhältnismäßig fett zu machen und dadurch seine Zündfähigkeit zu verbessern, während in den größeren Öffnungsberei chen der Haupt- und der Hilfsdrosselklappe die Zunahme im Öffnungsgrad der Hilfsdrosselklappc 39 mit Bezug auf denjenigen der Hauptdrosselklappe 41It follows from this that the opening ratio between the main throttle valve 41 and the auxiliary throttle valve 39 in their partial opening areas substantially can be kept constant to make the mixture in the auxiliary combustion chamber 5 relatively rich to make and thereby improve its ignitability, while in the larger opening area For the main and sub-throttle valves, the increase in the degree of opening of the sub-throttle valve 39 with respect to that of the main throttle valve 41
verringert wird, so daß das Gesamt-Krafistoff-Luft-Ve.rliältnis mager gemacht wird, um eine zufriedenstellende Verbrennung sicherzustellen.is reduced so that the total fuel-air ratio is made lean to ensure satisfactory combustion.
Es ist wünschenswert, daß die Verbrennungsgeschwindigkeit in der Hauptkammer 2 außergewöhnlich niedrig ist, so daß eine übermäßige Verwirbelung vermieden werden muß, für welchen Zweck der Hohlraum im Zylinderkopf, der durch die Wand 26 begrenzt wird, einen maximalen Durchmesser hat. der praktisch der gleiche wie der Durchmesser der Zylinderbohrung 25 ist. Daher ist, wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, kein »Squish«-Bereich vorhanden, aus dem das Gas am Ende des Verdichtungshubes heftig ausgetrieben werden muß.It is desirable that the burning rate in the main chamber 2 is exceptionally low, so that excessive swirl must be avoided, for what purpose the cavity in the cylinder head by the wall 26 is limited, has a maximum diameter. which is practically the same as the diameter of the Cylinder bore 25 is. Therefore, when the piston reaches top dead center, there is no "squish" area present, from which the gas must be violently expelled at the end of the compression stroke.
Der dünnwandige Napf 29 ist vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Werkstoff, wie korrosionsbeständiger Stahl, hergestellt und braucht nur eine Dicke von etwa 2 rnm /u haben. Mit Ausnahme der Zündker/enausnehmung 28 bildet der dünnwandige Napf 29 im wesentlichen die äußere Begrenzung der Hilfsverbrennungskammer 5. Ocr Napf 29 ist so ausgebildet und angeordnet, daß er wahrend des Betriebs des Motors über den größten Teil seiner Länge heiß bleibt: der Napf hat keinen Kontakt mit den Wänden des Zylinderkopfes 23. der durch Wasserkanäle 47 gekühlt wird. Wenn gewünscht, kann der Kaum 48 zwischen dem dünnwandigen Napf 29 und den umgebenden Wänden 27 des Zvlinderkoples mit einem wärmeisolierenden Material ge·Ulli werden. Gute Ergebnisse wurden jedoch auch er/ielt. wenn dieser Raum leergelassen wurde. Der dünnwandige Napf hat eine geringe Wärmekapazität und ist von den Moiorw änden wärmeisoliert, so daß. wenn der Motor angelassen wird, der dünnwandige N;pl sofort erwärmt und dann wahrend des Motorbetriebs auf einer verhältnismäßig hohen Temperatur gefallen wird. Der heiße Napf verhindert die Kondensation von Kraftstoff, w eiche;· durch da1· Ventil 10 in ·.!··: Hillsverbrennungskammer 5 eingelassen wurde.The thin-walled cup 29 is preferably made of a heat-resistant material, such as corrosion-resistant steel, and only needs to have a thickness of about 2 nm / u. With the exception of the spark plug recess 28, the thin-walled cup 29 essentially forms the outer boundary of the auxiliary combustion chamber 5. Ocr cup 29 is designed and arranged so that it remains hot for most of its length during operation of the engine: the cup has none Contact with the walls of the cylinder head 23 which is cooled by water channels 47. If desired, the space 48 between the thin-walled cup 29 and the surrounding walls 27 of the cylinder head can be filled with a heat-insulating material. However, good results have also been obtained. when this space is left empty. The thin-walled bowl has a low heat capacity and is thermally insulated from the Moiorw walls, so that. when the engine is started, the thin-walled N; pl is immediately heated and then dropped to a relatively high temperature while the engine is running. The hot bowl prevents the condensation of fuel, which means that 1 valve 10 is let into the Hills combustion chamber 5.
Das Auspuffgas ist im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor von einer höheren Temperatur und enthält überschüssigen Sauerstoff so daß innerhalb der Auspuff-Anlage Oxidationsreaktionen stattfinden, i eine ■ wird, um das Einlaßgemisch noch vollständiger /u ve-damplen als es bei herkömmlichen Motoren der I all ist. der Hilfseinlaßkanal. der /um Ventil 10 fuhrt, auf eirer höheren Temperatur gehalten. Unmittelbar η ich den Anlassen des Motors erwärmt sich die Auspuff-Sammelleitung, welche Wärme da/u verwendet wird, die Qualität des der Hilfsverbrennungskammer 5 zugefuhrtcn Gemisches /u verbessern. Um die Temperatur des fetten brennbaren Gemisches zwischen 140'T unu 3^0 C zu dem Zeitpunkt /ti halten, an welchem es die Hilfsverbrennungskammer 5 erreicht, wird das fette Gemisch in einem Wärmeaustauschverhältnis mit den Auspuffgasen geleitet Die Temperatur soll 350 C nicht überschreiten, um eine Frühzündung /u verhindern, aber e·- kann ohne Überschreiiuna dieser Temperatur erreicht werden, daß lm wesentlichen der gesamte Kraftstoff mi fetten Gemisch verdampft bevor er in die "!^verbrennungskammer eintritt. Es ist vorteilhaft, die Auspuffleitung und die Einlaßlciiune für die Hilfskammcr 5 als bauliche 1 inheii herzustellen um sie so dünn wie möglich fur einen maximalen Wärmeübergang zu ™r Cn· ?a dlc Auspuffleitung sich jedoch auf etwa WK) L wahrend des Motorbetriebs erwärmt, nimmt ihre l-estigkcit ab. so daß su. eine mechanische Beschädigung erfahren kann. Ferner besteht die Gefahr, daß durch die durch Strahlung und a if andere Weise auf die VergaserCompared to a conventional engine, the exhaust gas is at a higher temperature and contains excess oxygen so that oxidation reactions take place within the exhaust system, in order to vaporize the intake mixture even more completely than is the case with conventional engines of the world is. the auxiliary intake port. which leads to valve 10, is kept at a higher temperature. Immediately after starting the engine, the exhaust manifold heats up, which heat is used to improve the quality of the mixture supplied to the auxiliary combustion chamber 5. In order to keep the temperature of the rich combustible mixture between 140'T and 3 ^ 0 C at the time / ti at which it reaches the auxiliary combustion chamber 5, the rich mixture is conducted in a heat exchange relationship with the exhaust gases. The temperature should not exceed 350 C, a spark and prevent / but e · - can be achieved without Überschreiiuna this temperature that substantially all of the fuel mi rich mixture before evaporating it into the "^ combustion chamber enters It is advantageous to the exhaust pipe and the Einlaßlciiune for!. Hilfskammcr 5 inheii establish as a structural one to make it as thin as possible for maximum heat transfer to ™ r Cn ·? but a dlc exhaust pipe heats up during engine operation to about WK) L, takes her l-estigkcit from. so below. a Mechanical damage can also be caused by radiation and other means on the carburetor
übertragene Wärme den Kraftstoff innerhalb der Vergaser zum Sieden bringt, was zu einem fehlerhaften Betrieb führt.transferred heat brings the fuel to the boil inside the carburetor, resulting in a faulty Operation leads.
Wie sich am besten aus Ki g. t bis 4 ergibt, haben die Einlaßleitung 17 für fettes Gemisch und die Auspuffleitung 18 eine gemeinsame Wand 50. die aus einem verhältnismäßig dünnen Metall zur Begünstigung des Wärmeübergangs besteht. Die gemeinsame Wand 50 wird durch die Vereinigung von Teilen der Leitungen 17 und 18 gebildet, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt. Ein verhältnismäßig dickwandiges Gehäuse 51 umschließt die dünnwandigen Wärmeiibergangsleitungen 17 und 18 im Raum 54, und das Gehäuse ist durch herkömmliche Mittel an demjenigen Teil des Zylinderkopfes 23 befestigt, der mit Einlaß- und Auspuffleitungcn verschen ist. Das Gehäuse schützt die heiße dünnwandige Wiirmeübergangs-Auskleidung vor den zerstörenden Schwingungen von Motor und Fahrzeug. Die Hilfseinlaßleitung und -Auslaßlciiung sind kurz, vor dem Verbindungspunkt mit dem Zylinderkopf getrennt, um die Wärmc'-pannungen /w absorbieren und einen sicheren Fahrzeugbetrieb zu gewährleisten.As can best be seen from Ki g. t to 4 results, the inlet line 17 for rich mixture and the exhaust line 18 have a common wall 50, which consists of a relatively thin metal to promote the transfer of heat. The common wall 50 is formed by the union of parts of the conduits 17 and 18, as shown in Figs. A relatively thick-walled housing 51 encloses the thin-walled heat transfer lines 17 and 18 in space 54, and the housing is attached by conventional means to that part of the cylinder head 23 which is connected to the inlet and exhaust lines. The housing protects the hot, thin-walled shield transition lining from the damaging vibrations of the engine and vehicle. The auxiliary inlet line and outlet line are separated shortly before the connection point with the cylinder head in order to absorb the thermal stresses / w and to ensure safe vehicle operation.
Die Stellung der Zündkerze 4 ist so gewählt, daIi ihre Elektroden 49 außerhalb der Bahn des fetten Gemisches angeordnet sind, das in das Innere des Naples 29 zwischen dem Ventil 10 und dessen stationären Sitz eintritt. Auf diese Weise sind die Elektroden 49 gegen einen auf ihnen kondensierenden Kraftstoff aus dem fetten Gemisch geschützt. Die Zündkerzenelektroden sind lerner so angeordnet, daß keine direk:c »Sicht 11 nien«-Bahn durch die I aekeklüse 3 und die \ap!'ö"fnungen 36 und 34 zu den Elektroden besteht. Aul diese Weise bewirkt die kräftige i.ul'.si:ömung. die von eier Hauptkammer 2 zur Hiifskammer 5 während des Verdichtungshubes des Kolbens 1 stattfinde!, keinen solch starken Gasstrahl, daß eine Fehlzündung dadurch auftreten könnu·. daß der Funke zwischen den Elektroden 49 ausgeblasen wird. Die Achse 35 der Fackeldüse 3 isl zum oberen Teil der Hillsbrennkammer 5 gerichtet, während die Mitte der Öffnung 34. die mit der Zündkerzcnausnehmung 28 in Verbindung steh;. versetzt gegenüber dieser Achse angeordnet ist. Die Zündkerze 4 erzeugt daher ihren Funken ohne die Gefahr, daß er ausgeblasen wird.The position of the spark plug 4 is chosen so that its Electrodes 49 are arranged outside the path of the fatty mixture that enters the interior of the Naples 29 occurs between the valve 10 and its stationary seat. In this way the electrodes 49 are opposed a fuel condensing on them protected from the rich mixture. The spark plug electrodes Learners are arranged in such a way that no direct: c »view 11 never« path through the opening 3 and the \ ap! 'ö "openings 36 and 34 to the electrodes. It is in this way that the strong i.ul'.si: oemation is produced. those of eggs Main chamber 2 to auxiliary chamber 5 during the The compression stroke of the piston 1 does not take place! The gas jet is not so strong that it causes a misfire can occur. that the spark between the Electrodes 49 is blown out. The axis 35 of the torch nozzle 3 is to the upper part of the hills combustion chamber 5 directed, while the center of the opening 34. the with the spark plug recess 28 is connected. is arranged offset with respect to this axis. the Spark plug 4 therefore generates its spark without the risk of it being blown out.
Fs ist wichtig, daß die Querschnittsfläche der Fackeklüse 3 größer ah die Querschniitsfläche der Venturidüse 37 im Vergaser 15 für die Hilfsv erbren nungskammer 5 ist. Wenn der Motor mit bzw. rahezi; mit Voilasi betrieben wird, soll die Menge des leiten brennbaren Gemisches, das der Hilfsverbrennungskanv mer 5 zugeführt wird, durch die Größe der Venturidüse 37 bestimmt worden, und in ähnlicher Weise soll die Menge mageren brennbaren Gemisches, das der Hauptverbrennungskammer 2 zugeführt w π d durch die Größe der Venturidüse 38 bestimmt werden Die Innenwände der Fackclduse 3 unterliegen nach einer Betnebspcriode ei.ier Kohlcanlagerung. Eine Verkleinerung tier Große der Fackeldüse 3 durch Kohleanlagc rung wiirde zu einer Beschrankung der Menge leiten brennbaren Gemisches fuhren, das die Hilfsverbren· nungskammer 5 erreichen kann, falls der Querschnitt der Fackeldüse niclit ausreichend groß bemessen ist. um eine derartige Anlagerung zuzulassen. Durch diese Beschränkung würde der richtige Ausgleich zwischen dem durch den Vergaser 15 zugeführten fetten Gemisch und dem durch den Vergaser 14 zugeführten mageren Gemisch gestört. Die Quersehnittsfläche der Fackeldüse 3 wird daher größer als die Quersehnittsfläche der Venturidüse 37 im Vergaser 15 gemacht, und zwar um einen Betrag, durch welchen die Kohleanlagerung berücksichtigt wird.It is important that the cross-sectional area of the Fackeklüse 3 larger ah the cross-sectional area of the Venturi nozzle 37 in the carburetor 15 for the auxiliary supply voltage chamber 5 is. If the engine is with or rahezi; operated with Voilasi, the amount of should direct the combustible mixture, which is fed to the auxiliary combustion canister 5, by the size of the venturi nozzle 37 has been determined, and similarly the amount of lean combustible mixture which the Main combustion chamber 2 supplied w π d through the The size of the Venturi nozzle 38 can be determined. The inner walls of the flare nozzle 3 are subject to a Period of operation in an egg storage of cabbage. A reduction The size of the torch nozzle 3 due to the accumulation of coal would lead to a restriction of the quantity lead combustible mixture, which can reach the auxiliary combustion chamber 5, if the cross-section the torch nozzle is not sufficiently large. around to allow such an accumulation. This restriction would create the right balance between the rich mixture supplied by the carburetor 15 and the lean mixture supplied by the carburetor 14 Mixture disturbed. The cross-sectional area of the torch nozzle 3 is therefore larger than the cross-sectional area of the Venturi nozzle 37 made in the carburetor 15, by an amount through which the coal deposition is taken into account.
Die graphische Darstellung der F i g. 8 zeigt Einzelheiten des Verbrennungsprozesses im Betrieb des erfindungsgemäßen Motors. Die graplMsche Darstellung zeigt die Druck- und Temperaturkurven des Verbrennungsgases in der Hauptbrennkammer 2 für jede Winkelstellung der Kurbel, wenn geeignete Kraftstoff-Luft-Gemische sowohl der Haupt- als auch der Hilfsverbrennungskammcr zugeführt werden. Die Temperaturen beziehen sich auf die Temperaturwerte, die an dem in F i g. 5 gezeigten Punkt »7"« oder in dessen Nähe auftreten.The graphic representation of FIG. 8 shows details of the combustion process in the operation of the engine according to the invention. The graphic representation shows the pressure and temperature curves of the combustion gas in the main combustion chamber 2 for any angular position of the crank if suitable fuel-air mixtures are both the main and the are fed to the auxiliary combustion chamber. The temperatures relate to the temperature values, the on in F i g. 5 shown point "7" "or in its Occur nearness.
Der Punkt Λ auf der Druckkurve zeigt den Beginn-Punkt der Druckausbreitung zur Hauptverbrennungskammer 2. welcher Druck in der Hiifskammer 5 erzeugt wird, nachdem das fette Gemisch gezündet hat. Dieser Druckanstieg setzt sich bis zum Punkt /ifort.The point Λ on the pressure curve shows the start point of the pressure propagation to the main combustion chamber 2. which pressure is generated in the auxiliary chamber 5 after the rich mixture has ignited. This pressure increase continues up to the point / ifort.
Der Punl· ι A auf der Temperaturkurve entsprich) dem Punk'. \ auf der Druckkurve. Das geringe Temperaturniveau am Punkt A bedeutet, daß bis zu diesem Zeitpunkt die Flamnienfront die Hauptverbrennungskammer nicht erreicht hat. Der Punkt B auf der 1 cniperaturkurv e entsprich; dem Punkt B auf der Druckkurve wenn die Gastemperauir in der Hauptverbrennimgskammer angestiegen ist. nachdem die Flam menausbreiiung zur llaupt\ erbrennungskammer aus der HiIKn erb ι emumgskammer stattgefunden hat. Mit anderen Worten, die Verbrennung in tier Hüfskammcr 5 ist am Punkt B b/w. B abgeschlossen, und die Flammonfront hat si..h π da*. Krafistoff-I .uft-Gemisch iti der Ilaupikammer m der Nähe der Fackeklüse 3 lorigepflan/t.The point A on the temperature curve corresponds to the point. \ on the pressure curve. The low temperature level at point A means that by this point in time the flame front has not reached the main combustion chamber. The point B on the 1 cniperaturkurv e corresponds; the point B on the pressure curve when the gas temperature in the main combustion chamber has risen. after the flame had spread to the main combustion chamber from the HiIKn hereditary chamber. In other words, the combustion in the hip chamber 5 is at point B b / w. B completed, and the Flammon front has si..h π da *. Fuel-air mixture in the Ilaupikammer near the Fackeklüse 3 lorigepflan / t.
Die Verbrcnuungsgeschw indigkeit bis /um Punkt ( m.i\imalen Druckes ist verhältnismäßig hoch, was zu einen raschen Temperaturanstieg /wischen den Punkten B und (."lührt. Nach dem Maximum am Punkt c nimmt, wenn der Kolben seme Abwärtsbewegung begonnen hai. der Druck ebenfalls ab. Die Temperatui steigt iedoch nach dem Punkt C weiter .·.;!. wabedeutet, dab die Verbrennung alles brennbarer Gemisches in der Haupikammer 2 noch n\iv abgeschlossen ist und das restliche Gemisch währerk des Abw äriskolbenhubes mit einer geringen Geschwindigkeit weuerhrennt.The combustion speed up to / around point (mi \ imal pressure is relatively high, which leads to a rapid rise in temperature / between points B and (. ". After the maximum at point c, when the piston begins its downward movement) the pressure increases However, the temperature continues to rise after point C. ·.;!. wa means that the combustion of all the combustible mixture in the main chamber 2 has not yet been completed and that the remainder of the mixture runs at a low speed during the waste piston stroke.
Der üroße Unterschied der Verbreniiungsgcschw in digkeit unmittelbar vor dem Punkt C" im Vergleich /ι der nach dem Punkt C ist durch den Unterschied de Kraftstoff Luft Verhältnisses im brennbaren Gemiscl in der Hauptverbrennungskammer 2 in der Nähe de Fackeldüse 3 bedingt Die Verbrennung in de Hauptkammtr 2 dauert wahrend des Abwartshubes de Kolbens an. was die Höchsttemperatur am Punkt Π ergibt. An diesem Punkt des Kolbenhubes ist da Volumen der Hauptverbrennungskammer extrem groi: so daß die maximale Verbrennungstemperattir wesent lieh niedrig im Vergleich zu der der herkömmlichei Brennkraftmaschine gehalten wird, bei welcher dii Höchsttemperatur nicht später als 20 bis 30 nach den oberen Totpunkt auftritt Der Punkt D bzw. D heg etw a 90 nach dem oberen Totpunkt TDC '. The great difference in the combustion speed immediately before point C "compared to that after point C is due to the difference in the fuel-air ratio in the combustible mixture in the main combustion chamber 2 near the torch nozzle 3. The combustion in the main chamber 2 lasts during the downstroke of the piston, which gives the maximum temperature at point Π . At this point of the piston stroke the volume of the main combustion chamber is extremely large: so that the maximum combustion temperature is kept substantially low compared to that of the conventional internal combustion engine at which dii The maximum temperature does not occur later than 20 to 30 after the top dead center. The point D or D is about 90 after the top dead center TDC '.
Der Punkt F zeigt den Öffnungspunkt des Auspuff veniils Die entsprechende Temperatur ist am Punkt / gezeigt, die wesentlich höher als diejenige eine herkömmlichen Viertakt-Brennkraftmaschine ist. Fer ner ist der sehr langsame Temperaturabstieg nach der Punkt D erkennbar, was bedeutet, daß das restlichPoint F shows the opening point of the exhaust valve. The corresponding temperature is shown at point /, which is significantly higher than that of a conventional four-stroke internal combustion engine. Furthermore, the very slow temperature decrease after point D can be seen , which means that the rest
13 I13 I.
Gemisch in der Hauptkümmer 2 während des Auspuffhubes des Kolbtns weiterbrennt.Mixture in the main manifold 2 continues to burn during the exhaust stroke of the piston.
Die Temperaturkurve zeigt, daß zum Oxidieren der kohlenwasserstoffe eine längere Zeit zur Verfugung steht, als bei den herkömmlichen Motoren möglich ist. und daß das Hochtemperatur-Auspuffgas wirksam zum Vorwärmen des Einlaßgemisches und zum Oxidieren der noch unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Auspuffsystem verwendet werden kann.The temperature curve shows that a longer time is available for the hydrocarbons to oxidize than is possible with conventional motors. and that the high temperature exhaust gas is effective for Preheating the intake mixture and oxidizing the unburned hydrocarbons in the exhaust system can be used.
Physikalische Versuche, die bei erfindungsgemäßen ι ο Motoren für Kraftwagen durchgeführt wurden, haben gezeigt, daß die Emission von NO1, HC und CO in den Auspuffgasen wesentlich niedriger als die Höchstwerte liegen, die für 1975 durch die »United States Environmental Protection Agency« nach dem »Clean Air Act« als zulässig bezeichnet worden sind.Physical tests that were carried out on ι o engines for motor vehicles according to the invention have shown that the emissions of NO 1 , HC and CO in the exhaust gases are significantly lower than the maximum values set for 1975 by the United States Environmental Protection Agency have been designated as permissible under the Clean Air Act.
Es ist offensichtlich, daß die Erfindung sowohl bei Einzylinder- wie auch Mehrzylindermaschinen Verwendung finden kann und daß im letzteren Falle eine einzige Zuführung eines fetten Gemisches (beispielsweise ein Vergaser) und eine einzige Zuführung eines mageren Gemisches (beispielsweise ein weiterer Vergaser) zur Einspeisung des brennbaren Gemisches in eine Anzahl von Zylindern verwendet werden könnten.It is evident that the invention can be used in both single-cylinder and multi-cylinder machines can find and that in the latter case a single feed of a rich mixture (for example a Carburetor) and a single feed of a lean mixture (e.g. another carburetor) to the Feeding the combustible mixture into a number of cylinders could be used.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8381 | Inventor (new situation) |
Free format text: DATE, TASUKU, TOKYO, SAITAMA, JP JUNJI, OMIYA, SAITAMA, JP OKUBO, AKIRA, TOKYO, SAITAMA, JP YAGI, SHIZUO, ASAKA, SAITAMA, JP MINOWA, ISAMU, WAKO, SAITAMA, JP HATANAKA, TORU, ASAKA, SAITAMA, JP |
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| AG | Has addition no. |
Ref country code: DE Ref document number: 2335101 Format of ref document f/p: P |
|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |